JP2020006005A - スプリンクラ消火設備 - Google Patents
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Description
そこで、特許文献1では、予作動式のスプリンクラ消火設備においては、予作動弁を開放させる条件として、火災感知器が動作することに加えて、二次側配管内の圧力が所定値以下になったことを検知する圧力スイッチが動作することとしている。
このダブルインターロック制御を採用した設備では、非火災で火災感知器が動作しても予作動弁が開放しないことから、二次側配管内に水が流入することがなく、しかも通常のスプリンクラ消火設備に対して水損が生じにくい点で優れている。
この先願のスプリンクラ消火設備によれば、二次側配管内の圧力が減圧して所定値に達する前に、圧力低下を検知でき、圧力スイッチを用いる従来例に比較して早期に減圧状態を検知できるので、放水遅れを防止する効果が高い。
前記火災受信機は故障信号を前記制御盤に送信する機能を有し、前記制御盤は前記故障信号を受信すると前記火災信号の入力がなくても前記スプリンクラ作動信号の入力があったときに前記予作動弁を開放する制御に切り替えると共に前記故障信号を前記信号変換器に通知し、該信号変換器は該通知を受けるとスプリンクラ作動信号を発信する条件を、より厳しい条件に変更することを特徴とするものである。
前記信号変換器は、前記制御盤との通信が不能になると、前記制御盤に代わって前記予作動弁を開放する機能を有し、前記制御盤との通信が不能になったときには前記制御盤との通信が成立していたときにスプリンクラ作動信号を発信する条件よりも、より厳しい条件で予作動弁を開放するようにしたことを特徴とするものである。
また、火災受信機は故障信号を前記制御盤に送信する機能を有し、前記制御盤は前記故障信号を受信すると前記火災信号の入力が無くても前記スプリンクラ作動信号の入力があったときに前記予作動弁を開放する制御に切り替えると共に前記故障信号を前記信号変換器に通知し、該信号変換器は該通知を受けるとスプリンクラ作動信号を発信する条件を、より厳しい条件に変更するようにしたので、火災受信機の故障があった場合であっても、放水遅れが生ずることなく、適切な対応をすることができる。
本実施の形態が対象としているスプリンクラ消火設備は、予作動式スプリンクラ消火設備であるため、従来例に備わっている機器構成を含めてその概要を図1に基づいて説明する。
予作動式スプリンクラ消火設備1は、図1に示すように、建物の地下階に消火水を貯留する貯水槽3を設け、貯水槽3の消火水は消火ポンプ5によって給水本管7に供給される。給水本管7には、消火ポンプ5の起動に使用される圧力タンク9が接続され、圧力タンク9には給水本管7の圧力水が導入され、内部の空気を圧縮するように構成されている。圧力タンク9には、圧力スイッチ11が設けられ、圧力スイッチ11が規定圧力以下の減圧を検出すると、この減圧信号がポンプ制御盤13に出力されて、消火ポンプ5が起動するように構成されている。
予作動式流水検知装置17は、予作動弁29と予作動弁29を開放する電動弁31と、減圧を検知する圧力スイッチ33と、流水検知スイッチ35を備えている。
また、二次側配管19には、内部の圧力を常時検知する圧力センサ45が設けられている。圧力センサ45は、常時極めて短い時間間隔(例えば、10m秒間隔)で配管内の圧力値をサンプリングして、後述の信号変換器47に出力している。
信号変換器47は、圧力センサ45の検知信号を入力して圧力の変化率を演算して該演算値が所定の値になるとスプリンクラを作動するための信号であるスプリンクラ作動信号を発信する機能を備えている。
信号変換器47は、一つの予作動式流水検知装置17に対応して一つが設けられているため、一つの建築物には複数の信号変換器47が存在するが、これら複数の信号変換器47は本発明の制御盤としての消火システム制御盤39に接続されて信号伝送が可能になっている。
なお、上記は火災感知器41が火災であると判断する場合であるが、火災感知器41がアナログ式のものである場合には、火災感知器41からのセンサ出力が火災受信機43に入力され、火災受信機43がそのセンサ出力と所定値とを比較して火災か否かを判断する。火災受信機43が火災であると判断したときには、その判断に基づく火災信号が消火システム制御盤39に入力される。
また、消火システム制御盤39は、火災受信機43から故障信号が入力されると、当該故障信号を信号変換器47に通知すると共に(図2参照)、それ以後は、火災信号の入力がなくてもスプリンクラ作動信号又は圧力スイッチ33の信号のいずれかの信号の入力があったときに電動弁31を制御して、予作動弁29を開放するように構成されている。
しかしながら、この方式の場合には、信号変換器47が消火システム制御盤39に複数接続されていた場合、消火システム制御盤39は先頭の信号変換器47から順次呼びかけを行うため、信号変換器47がスプリンクラ作動信号を発信できる状態となってから実際に発信するまでにタイムラグが生じるため、消火システム制御盤39にその情報が送信されるまでに時間を要するという問題がある。
そこで、信号変換器47と消火システム制御盤39を専用線で接続して、信号変換器47がスプリンクラ作動信号を発信すれば、消火システム制御盤39からの呼びかけを待たずに、その時点でその信号が消火システム制御盤39に送信されるようにするのが好ましい。このようにすることで、信号変換器47がスプリンクラ作動信号を発信してから放水までの時間短縮が可能となる。
以下、これらの機能について詳細に説明する。
信号変換器47が演算する圧力変化率の求め方として、本実施の形態では、所定時間ごとに取得した圧力の値と、取得時間との関係について、最小二乗法による直線回帰をした回帰直線の傾きとして求めるようにしている。
具体的には、図3に示すように、10m秒毎に圧力値のサンプリングデータを取得し、例えば199個のデータ(≒2秒分)について、図4に示すように、縦軸Yを圧力値、横軸Xを時間としたグラフにおいて、最小二乗法による直線回帰をした回帰直線の傾きを求める。
なお、図4においては、模式図であるため、サンプリングデータ数は4個しか図示していないが実際には、上述のように200個程度のデータによって直線回帰を行う。もっとも、データ数が多いほど電気的ノイズの影響が少なくなり精度は向上するが、直線回帰に時間を要するので、例えば200個から400個程度のデータ数とするのが好ましい。
これを式で表現すると以下のようになる。
傾き=XY共分散/X分散
ただし、XY共分散=(xi*yi)平均-(xi平均*yi平均)
X分散=合計((xi平均-xi)^2)
i=1〜199
例えば、図3に示すように、
(i)n1〜n199のデータで「最小二乗法」により傾きを算出し、しきい値と比較して判定
(ii)n21〜n219のデータで「最小二乗法」により傾きを算出し、しきい値と比較して判定
(iii)n41〜n239のデータで「最小二乗法」により傾きを算出し、しきい値と比較して判定
(iv)n61〜・・(以下略)・・・
傾きの値が、しきい値を超えると、信号変換器47は、消火システム制御盤39にスプリンクラ作動信号を出力する。
図5は、実際には圧力変化がほとんどない監視状態において、10m秒毎×199個(≒2秒分)の圧力センサから出力されるサンプリングデータに基づく圧力変化を示したグラフであり、縦軸が圧力(kPa)、横軸が時間(秒)をそれぞれ示している。
図5に示すように、圧力センサから出力されるサンプリングデータに基づく圧力値は極めて短時間に常時変化している。この変化は、実際の圧力変化を示したものではく、電気的ノイズによる変化である。
このような電気的ノイズの影響を受けているサンプリングデータに基づいて圧力変化率を求める場合、例えば、所定時間間隔における最初と最後の値のみから傾きを算出したものを図示すると、図5の一点鎖線で示すように、一定の傾きを持った直線となる。一定の傾きをもっているということは、圧力が変化していることを示しており、実際には圧力変化がないのに圧力変化があることを示すことになる。
このように、最小二乗法を用いることで、電気的ノイズの影響を除いて、実際の圧力の変化を正しく捉えることができる。
直線の傾きは、図中にも記載しているように約-1.557kPa/秒であり、スプリンクラが作動した際の圧力変化率を正しく表している。
しかも、本実施の形態では、圧力変化率を、最小二乗法を用いて演算するようにしているので、電気的ノイズの影響を可及的に少なくすることができる。
信号変換器47は、定期的に圧力センサ45の出力値をサンプリングし、例えば、サンプリングするたび今回サンプリングした出力値と、前回の出力値とを差分し、圧力が減少傾向にあるかを判定する。そして圧力の減少傾向が、何回かにわたって連続してあり、かつ所定値以上の圧力低下である場合に、信号変換器47は、消火システム制御盤39へスプリンクラ作動信号を出力する。
なお、圧力スイッチ33が動作する圧力をAとし、通常時、つまり監視状態の二次側配管19内の圧力をBとした場合、圧力Aと圧力Bの中間値である圧力Cよりも高い圧力で、ある一定の圧力の減少傾向があるときにスプリンクラ作動信号を出力するようにすることで、早期に二次側配管19内の圧力低下を検知することができる。
第2機能は、上述したように、火災受信機43が故障した場合に発信する故障信号を受信したときに、スプリンクラ作動信号を発信するアリゴリズムをより厳しい条件(火災であることがより確実であると判断される条件のときにスプリンクラ作動信号を発信するアリゴリズム)に変更し、変更後のアリゴリズムに基づいてスプリンクラ作動信号を発信する機能である。
通常時のスプリンクラ作動信号を発信する機能が上述した最小二乗法に基づくものである場合について、図7〜図9に基づいて説明する。
図7は、圧力センサ45によって10m秒ごとに取得されたサンプリングデータに基づく圧力変化を示すグラフである。また、図8、図9は図7のデータに基づいて上述した最小二乗法によって求めた回帰直線の傾きの時間変化を示すグラフであり、縦軸が傾きを、横軸が時間を示している。そして、図8は、10m秒ごとに取得した100個のデータに基づいて傾きを求めた場合であり、図9は10m秒ごとに取得した200個のデータに基づいて傾きを求めた場合を示している。
<監視状態>
監視状態では、圧力センサ45は常時二次側配管19の圧力を検知して、信号変換器47が圧力の変化率を演算している。しかし、演算した圧力の変化率が予め設定した所定値を越えない限り、信号変換器47はスプリンクラ作動信号を消火システム制御盤39へは送信しない。
火災時には、通常、まず火災感知器41が作動し(S1)、その信号が火災受信機43に入力され、火災受信機43が火災信号を消火システム制御盤39に送信する(S2)。
なお、ここでは、火災感知器41自体が火災であるかを判定した場合で説明する。つまり、火災感知器41が検出した出力値が所定値を上回り火災であると判定した場合に、火災感知器41は火災受信機43へ火災信号を送信する。なお、前述したように、火災受信機43が火災であるかを判断する場合であっても本発明は適用できる。この場合には、火災感知器41からはセンサ出力が火災受信機43へ送信され、そのセンサ出力と所定値とを比較して、火災受信機43が火災か否かを判断する。いずれの場合であっても、火災が発生した場合には、火災受信機43からの火災信号が消火システム制御盤39に入力される。
次に、火災の熱によってスプリンクラヘッド21が開放して二次側配管19の圧力が減圧すると(S3)、信号変換器47の演算値である圧力変化率が所定の値を越えるため、信号変換器47が消火システム制御盤39にスプリンクラ作動信号を送信する(S4)。
また予作動弁29が開放したときには、分岐管15における予作動弁29の一次側配管の圧力低下が生じ、これによって、圧力タンク9に設けた圧力スイッチ11が作動して、ポンプ制御盤13が消火ポンプ5を起動する。
消火ポンプ5が起動することで、加圧された消火水が給水本管7を通じて二次側配管19に供給されて作動したスプリンクラヘッド21から放水されて消火が行われる(S9)。
火災感知器41が非火災によって動作した場合、消火システム制御盤39には火災信号は入力されるがスプリンクラ作動信号は入力されない。したがって、消火システム制御盤39は予作動弁29の開放をしない。このため、二次側配管19に消火水が供給されることはなく、水抜き作業が発生することはない。
圧力センサ45が故障すると、火災であるにも拘わらずスプリンクラ作動信号が発信されない場合がありうる。しかし、スプリンクラヘッド21が開放したことで、二次側配管19内の減圧が生ずるので、二次側配管19内の圧力が所定値まで減圧すると圧力スイッチ33が作動して、圧力スイッチ33の信号が信号変換器47を介して消火システム制御盤39に入力される。
火災の場合、消火システム制御盤39には火災信号が入力されているので、消火システム制御盤39は圧力スイッチ33からの信号の入力があると、例え信号変換器47からのスプリンクラ作動信号が入力されていなくても予作動弁29を開放する。
火災感知器41や火災受信機43が故障すると、図11に示すように、火災受信機43は消火システム制御盤39に故障信号を送信する。消火システム制御盤39は故障信号を受信すると、故障信号を信号変換器47に送信すると共に、その後は、火災信号の入力がなくても、信号変換器47の信号又は圧力スイッチ33の信号のいずれかの信号の入力があったときに電動弁31を制御して、予作動弁29を開放する。
火災感知器41又は火災受信機43が故障すると、火災受信機43が故障信号を消火システム制御盤39に発信する(S11)。この信号を受信すると消火システム制御盤39は、火災信号がなくても二次側配管19内の圧力低下があれば予作動弁29を開放する単独モードに切り替わる(S12)。
予作動弁29が開放した後は、図10において説明したのと同様の動作がおこなわれて消火が行われる(S18)。
しかも、信号変換器47によるスプリンクラ作動信号の発信のアリゴリズムをより厳しい条件のものに切り替えているので、非火災のときにスプリンクラ作動信号が発信されることを防止できるという効果もある。
実施の形態1においては、火災感知器41又は火災受信機43が故障した場合であったが、消火システム制御盤39が故障する場合も考えられ、本実施の形態は消火システム制御盤39が故障した場合の対策を講じたスプリンクラ消火設備に関するものである。
ここでいう、より厳しい条件とは、実施の形態1で説明したのと同様である。
なお、信号変換器47は、圧力スイッチ33からの情報も得ており、圧力スイッチ33が作動したら予作動弁29を開放するように構成されている。
この場合には、消火システム制御盤が、二次側配管内の圧力値を直接表示できる表示部を有し、管理者が一定時間における圧力値の変化を視認できるようにすることで、例えば夏季において、配管内の圧力上昇があるときは、管理者が、試験弁23を開放するなどして、配管内の圧力を低下させることができる。
また本実施の形態では、火災受信機43と消火システム制御盤39をそれぞれ設けたが、これらの盤が有する機能を一つにまとめた一体盤で構成するようにしてもよい。
3 貯水槽
5 消火ポンプ
7 給水本管
9 圧力タンク
11 圧力スイッチ(圧力タンク)
13 ポンプ制御盤
15 分岐管
17 予作動式流水検知装置
19 二次側配管
21 スプリンクラヘッド
23 試験弁
25 コンプレッサ
27 空気配管
29 予作動弁
31 電動弁
33 圧力スイッチ(予作動式流水検知装置)
35 流水検知スイッチ
39 消火システム制御盤
41 火災感知器
43 火災受信機
45 圧力センサ
47 信号変換器
49 非常電源装置
Claims (3)
- 常時は閉じた予作動弁と、該予作動弁の二次側に接続され、圧縮気体が封入された二次側配管と、該二次側配管に接続されたスプリンクラヘッドと、該スプリンクラヘッドと同じ防護区域に設けられ、火災感知器からの火災信号またはセンサ出力を受信する火災受信機と、前記二次側配管内の圧力を常時検知する圧力センサと、該圧力センサの検知信号を入力して圧力変化率を演算して該演算値が所定の値になるとスプリンクラ作動信号を発信する信号変換器と、前記火災受信機からの火災信号及び前記信号変換器のスプリンクラ作動信号の入力があったときに前記予作動弁を開放する制御盤とを備え、
前記火災受信機は故障信号を前記制御盤に送信する機能を有し、前記制御盤は前記故障信号を受信すると前記火災信号の入力がなくても前記スプリンクラ作動信号の入力があったときに前記予作動弁を開放する制御に切り替えると共に前記故障信号を前記信号変換器に通知し、該信号変換器は該通知を受けるとスプリンクラ作動信号を発信する条件を、より厳しい条件に変更することを特徴とするスプリンクラ消火設備。 - 前記信号変換器が演算する圧力変化率は、所定時間ごとに取得した圧力の値と、取得時間との関係について、最小二乗法による直線回帰をした回帰直線の傾きであり、前記より厳しい条件は、前記スプリンクラ作動信号を発信する前記傾きのしきい値を大きくする又は直線回帰するデータ数を増やすことを特徴とする請求項1記載のスプリンクラ消火設備。
- 常時は閉じた予作動弁と、該予作動弁の二次側に接続され、圧縮気体が封入された二次側配管と、該二次側配管に接続されたスプリンクラヘッドと、該スプリンクラヘッドと同じ防護区域に設けられ、火災感知器からの火災信号またはセンサ出力を受信する火災受信機と、前記二次側配管内の圧力を常時検知する圧力センサと、該圧力センサの検知信号を入力して圧力変化率を演算して該演算値が所定の値になるとスプリンクラ作動信号を発信する信号変換器と、前記火災受信機からの火災信号及び前記信号変換器のスプリンクラ作動信号の入力があったときに前記予作動弁を開放する制御盤とを備え、
前記信号変換器は、前記制御盤との通信が不能になると、前記制御盤に代わって前記予作動弁を開放する機能を有し、前記制御盤との通信が不能になったときには前記制御盤との通信が成立していたときにスプリンクラ作動信号を発信する条件よりも、より厳しい条件で予作動弁を開放するようにしたことを特徴とするスプリンクラ消火設備。
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